Какое давление будет испытывать подводная лодка

Содержание статьи

Какое давление будет испытывать подводная лодка на той же глубине

§ 9. Давление в жидкости и газе (окончание)

6. Пример решения задачи

Какое давление оказывает вода на рыбу, находящуюся на глубине 10 м?

Вопросы для самопроверки

1. От каких величин зависит давление жидкости на дно и стенки сосуда? Как доказать эту зависимость экспериментально?

2. Выведите формулу для расчёта давления жидкости на дно и стенки сосуда.

3. Можно ли по формуле р = ρgh рассчитать давление воздуха на дно высохшего колодца глубиной 100 м?

1. Какая модель использовалась при выводе формулы для расчёта давления жидкости на дно и стенки сосуда? Зачем при выводе этой формулы нужно было использовать модель? Является ли полученная формула точной? Когда её можно и когда нельзя применять? Какие ещё модели мы использовали при исследовании физических явлений?

2Э. Проделайте опыт. Возьмите пластиковую бутылку, проделайте в ней три одинаковых отверстия на разной высоте, залепите их пластилином. Наполните бутылку водой, поставьте её в раковину или ванну, откройте отверстия и наблюдайте за струйками воды, вытекающей из бутылки. Опишите наблюдаемое явление и объясните его.

3. К стеклянной трубке прижимают дно, вырезанное из плотного картона, с помощью продетой в него нитки (рис. 26). Трубку опускают в сосуд с водой на некоторую глубину, дно плотно прижимается к трубке. Затем в трубку наливают воду. В тот момент, когда уровень воды в трубке совпадёт с уровнем воды в сосуде, дно отпадёт от трубки. Объясните явление.

4. В сосуд налита вода. Чему равно давление воды на дно сосуда, если высота её слоя равна 10 см?

5. Какое давление со стороны воды испытывает подводная лодка, находящаяся на глубине 50 м? Какая сила давления действует на люк в лодке, если его площадь 2 м 2 ? Какое давление будет испытывать подводная лодка на той же глубине с учётом атмосферного давления?

Плотность морской воды 1030 кг/м 3 .

6. Какова сила давления подсолнечного масла на дно бутылки площадью 15 см 2 , если уровень масла находится на высоте 20 см?

Источник

если подводная лодка на большой глубине и один отсек затоплен. будет ли такое же давление воды в этом отсеке как и на глубине?

Если затопленный отсек соединяется с океаном, то давление, естественно, будет таким же как в океане на этой глубине. Отсек будет продолжать заполняться водой, пока не заполнится целиком (или почти целиком, если воздух не может уйти из отсека). Если воздух не уходит из отсека, то вода, заполняя отсек, будет сжимать воздух, пока давление воздуха не станет равным давлению в океане.

Какая сила давления действует на водолаза при его погружении на 50 метров?

На водолаза действует следующая сила: P=pgh, P-давление, p-плотность, h-высота столба.

p=1000 кг/м³ плотность воды

10 м/с² ускорение свободного падения

h-глубина погружения водолаза (h = 50 м)

1 0 · Хороший ответ

Как быстро утонет и наберёт воды изнутри, упавшая в воду машина? Какой самый лучший способ покинуть тонущую машину?

Позволю себе не согласиться с предыдущим мнением: во первых, разница в давлении не даст вам открыть дверь, следовательно его нужно выравнять пресловутым открыванием окон, что бы вода заполнила салон и как можно быстрее, здесь вытекает, во вторых, мы не знаем глубину водоема и значит нужно очень быстро выбираться , потому что кислорода просто может не хватить для всплытия, панику однозначно нужно пресечь и быстро и чётко объяснить последовательность своих и их действий пассажирам. Идеально да, если водоём неглубокий дождаться, когда машина опустится на дно, всех успокоить, медленно наполнить машину водой и выплыть

3 0 · Хороший ответ

Если ты оказался в океане в 10 км от ближайшего берега, какова вероятность доплыть до него, будучи не сильно раненым, и не стать объектом нападения акулы?

Вероятность 0. Будучи раненым вы и по суше не факт что пройдете 10км. Если вы не профессиональный пловец и не в спецкостюме, то в скором времени у вас начнет сводить ноги, от потери крови потеряете сознание, на кровь приплывут акулы, и если вам повезет и они будут сыты, вас просто попробуют на зубок и отстанут, ибо человеческое мясо жесткое. Но выжить у вас не получится.

Источник

Как работает подводная лодка?

Подводные лодки — невероятные технологии. Не так давно военно-морская сила полностью работала над водой; с добавлением подводной лодки к стандартному военному арсеналу, мир под поверхностью стал полем битвы.

Адаптации и изобретения, позволяющие матросам не только сражаться, но и жить в течение месяцев или даже лет под водой, являются одними из самых ярких событий в военной истории.

В этой статье вы узнаете, как подводная лодка погружается и движется под водой, как поддерживается жизнеобеспечение, как получает свое военное превосходство, как ориентируется в глубоком океане и как подводные лодки могут быть спасены при аварийных ситуациях.

ПОГРУЖЕНИЕ И ДВИЖЕНИЕ

Подводные лодки или корабли могут плавать, потому что вес воды, которую они вытесняют, равен весу судна. Это разность уровней воды создает выталкивающую силу, называемую силой Архимеда. Действует эта сила против силы тяжести, которая тянет корабль вниз. В отличие от корабля, подводная лодка может управлять своей плавучестью, что позволяет ей погружаться и всплывать по своему усмотрению.

Для управления плавучестью на подводной лодке имеются балластные и вспомогательные цистерны, которые могут быть поочередно заполнены водой или воздухом. Когда подводная лодка находится на поверхности, балластные цистерны заполнены воздухом, а общая плотность подводной лодки меньше, чем у окружающей ее воды. Для погружения подлодки балластные цистерны заполняются водой, а воздух выгоняется, пока общая плотность судна не станет больше, чем у воды, и подводная лодка начинает погружаться (отрицательная плавучесть). Сжатый воздух хранится на борту подводной лодки в специальных емкостях и используется для жизнеобеспечения и закачки в балластные цистерны. Кроме того, у подводной лодки есть подвижные наборы коротких «крыльев», называемых гидропланами, на корме, которые помогают контролировать угол погружения. Когда гидропланы расположены под углом, вода перемещается по корме, заставляя корму двигаться вверх; при этом носовая часть подводной лодки смотрит вниз — происходит погружение.

Чтобы поддерживать уровень подводной лодки на любой заданной глубине, подводная лодка поддерживает баланс воздуха и воды в цистернах, чтобы общая плотность была равна плотности воды (нейтральная плавучесть). Когда подводная лодка достигает своей крейсерской глубины, гидропланы выровняются так, что подводная лодка перемещается в воде. Для управления используют хвостовой руль, чтобы повернуть направо или налево и гидропланы для управления передним углом лодки. Кроме того, некоторые субмарины оснащены подвижным вторичным двигателем, который может поворачиваться на 360 градусов.

Для поднятия на поверхность, сжатый воздух вытекает из воздушных емкостей в балластные цистерны, и вода вытесняется из подводной лодки, пока ее общая плотность не будет меньше чем у окружающей воды (положительная плавучесть), и подводная лодка всплывает. Гидропланы располагают под углом, так чтобы вода поднималась над кормой, что заставляет корму двигаться вниз; при этом нос субмарины направлен вверх. В аварийной ситуации балластные цистерны могут быстро заполняться воздухом высокого давления, чтобы очень быстро вывести подводную лодку на поверхность.

ЖИЗНЕОБЕСПЕЧЕНИЕ

В закрытой среде подводной лодки существуют три основные проблемы жизнеобеспечения: воздух, пригодный для дыхания; наличие пресной воды; поддержание температуры.

Поддержание качества воздуха

Воздух, которым мы дышим, состоит из четырех газов: азот (78%), кислород (21%); аргон (0,94%); двуокись углерода (0,04%).

Когда мы дышим воздухом, наши тела потребляют его кислород и превращают его в двуокись углерода. Выдыхаемый воздух содержит около 4,5% углекислого газа. Наши тела ничего не делают с азотом или аргоном. Подводная лодка — это запечатанный контейнер, содержащий людей и ограниченный запас воздуха. Есть три вещи, которые должны происходить, чтобы воздух на подводной лодке был пригоден для дыхания:

— Кислород нужно периодически пополнять, поскольку он потребляется. Если процент кислорода в воздухе уменьшается, человек задыхается;

— Углекислый газ необходимо удалять из воздуха. По мере того, как концентрация углекислого газа повышается, он становится токсином;

— водяные пары, которые мы выдыхаем, должны быть удалены.

Кислород поставляется либо из емкостей под давлением, или из генератора кислорода (который может образовывать кислород при электролизе воды), или какого-то «кислородного контейнера», который выделяет кислород очень горячей химической реакцией. Кислород либо непрерывно выпускается компьютеризированной системой, которая измеряет процентное содержание кислорода в воздухе или периодически выпускается партиями в течение дня.

Двуокись углерода может быть удалена из воздуха химически, используя газированную известь (гидроксид натрия и гидроксид кальция) в устройствах, называемых скрубберами. Двуокись углерода задерживается в газированной извести химической реакцией и удаляется из воздуха. Другие подобные реакции могут достигать той же цели.

Влага может быть удалена с помощью осушителя или химических веществ. Это предотвращает конденсацию на стенах и оборудовании внутри корабля.

Кроме того, другие примеси, такие как окись углерода или водород, которые генерируются оборудованием или сигаретным дымом, могут быть удалены с помощью горелок. Наконец, фильтры используются для удаления частиц грязи и пыли из воздуха.

Поддержание снабжения пресной водой

Большинство подводных лодок имеют дистилляционный аппарат, который может из морской воды производить пресную. Дистилляционная установка нагревает морскую воду до состояния водяного пара, в котором нет солей, а затем охлаждает водяной пар в сборный резервуар пресной воды. Дистилляционная установка на некоторых подводных лодках может производить от 40 000 до 150 000 литров пресной воды в день. Эта вода используется в основном для охлаждения электронного оборудования (например, компьютеров и навигационного оборудования) и для поддержки экипажа (например, питья, приготовления пищи и личной гигиены).

Температура океана, окружающего подводную лодку, обычно составляет около 4 градусов Цельсия. Металл субмарины хорошо проводит внутреннее тепло к окружающей воде. Таким образом, для поддержания комфортной температуры внутри лодки используют электрические нагреватели. Электричество для нагревателей получают от ядерного реактора, дизельного двигателя или батарей (аварийного).

ИСТОЧНИК ПИТАНИЯ

На атомных подводных лодках используются ядерные реакторы, паровые турбины и редукторы для привода главного карданного вала, который обеспечивает прямое и обратное движение в воде (электродвигатель управляет одним и тем же валом при движении или в аварийной ситуации).

Подводные лодки также нуждаются в электроэнергии для управления оборудованием на борту. Для обеспечения этой мощности подводные лодки оснащены дизельными двигателями, которые сжигают топливо или ядерные реакторы, которые используют ядерное деление. На подводных лодках также есть аккумуляторы для подачи электроэнергии. Электрооборудование часто запускается от батарей, а питание от дизельного двигателя или ядерного реактора используется для зарядки батарей. В чрезвычайных ситуациях батареи могут быть единственным источником электроэнергии для запуска подводной лодки.

Дизельная подводная лодка — очень хороший пример гибридного устройства. Большинство дизельных субмарин имеют два или более дизельных двигателя. Дизельные двигатели могут работать с гребными винтами или могут запускать генераторы, которые перезаряжают очень большой аккумуляторный блок. Или они могут работать в комбинации, один двигатель управляет винтом, а другой — генератором. Используют дизельный двигатель для движения и зарядки батарей, когда лодка находится на поверхности (либо на небольшой глубине — воздух в двигатель подают через специальную кишку, один конец которой находится на поверхности). Как только батареи будут полностью заряжены, подводная лодка может погружаться под воду. Батареи питают электрические двигатели, управляющие винтами. Работа от батареи — единственный способ передвижения лодки под водой. Пределы технологии батареи серьезно ограничивают время, в течение которого дизель может оставаться под водой — периодически необходимо всплывать для подзарядки.

Из-за этих ограничений, было признано, что ядерная энергия на подводной лодке принесет огромную пользу. Ядерным реакторам не нужен кислород, поэтому ядерная субмарина может оставаться под водой в течение нескольких недель. Кроме того, поскольку ядерное топливо работает намного дольше, чем дизельное топливо (годы), атомная подводная лодка не должна выходить на поверхность или в порт для дозаправки и может оставаться в море гораздо дольше.

Ядерные подводные лодки и авианосцы оснащены ядерными реакторами, которые почти идентичны реакторам, используемым на электростанциях. Реактор производит тепло для генерирования пара, который приводит в действие паровую турбину. Турбина на судне непосредственно управляет винтами, а также электрогенераторами. Два основных различия между реакторами на электростанции и корабле: реактор на ядерном судне меньше и использует высокообогащенное топливо, чтобы выделять большое количество энергии при меньших размерах.

Свет не проникает глубоко в океан, поэтому подводные лодки должны перемещаться в воде практически вслепую. Однако они оснащены сложным навигационным оборудованием. Если на поверхности сложная глобальная система позиционирования точно определяет широту и долготу, то эта система не может работать, когда подводная лодка погружена. Под водой субмарина использует инерционные системы ведения (электрические, механические), которые отслеживают движение судна с фиксированной начальной точки с помощью гироскопов. Инерционные системы ведения должны быть точными и синхронизированными с другими навигационными системами, зависящими от поверхности. С помощью этих систем на борту подводная лодка может точно перемещаться и находиться в пределах ста метров от намеченного курса.

Чтобы найти цель, на подводной лодке используется активный и пассивный сонар. Активный сонар испускает импульсы звуковых волн, которые проходят через воду, отражаются от цели и возвращаются на корабль. Зная скорость звука в воде и время, перемещения звуковой волны к цели и обратно, компьютеры могут быстро рассчитать расстояние между подводной лодкой и мишенью. Киты, дельфины и летучие мыши используют ту же технику для обнаружения добычи (эхолокация). Пассивный сонар включает в себя прослушивание звуков, генерируемых мишенью. Системы сонара также могут использоваться для перестройки инерциальных навигационных систем путем определения известных характеристик океанского дна.

ВЫЖИВАНИЕ

Когда подводная лодка тонет из-за столкновения с чем-то или бортового взрыва, экипаж будет вещать радиосигнал бедствия или запускать буй, который будет передавать сигнал бедствия и местоположение лодки. В зависимости от обстоятельств катастрофы ядерные реакторы будут остановлены, а подводная лодка может работать только на батарее.

Если это так, то экипаж подводной лодки сталкивается с четырьмя основными опасностями:

— Наполнение водой субмарины должно быть сведено к минимуму;

— Использование кислорода должно быть сведено к минимуму, чтобы доступное количество кислорода хватило до возможных попыток спасения;

— Уровни углекислого газа повысятся и могут вызвать опасные токсические эффекты;

— Если батареи разрядятся, тогда системы отопления не работают, и температура внутри лодки понизится.

Спасение с поверхности должно происходить быстро, обычно в течение 48 часов после аварии. Попытки, как правило, связаны с попыткой получить какой-либо тип спасательного транспортного средства, чтобы вывезти экипаж, или прикрепить какой-либо тип устройства для подъема подводной лодки с морского дна. Аварийные транспортные средства включают мини-подводные лодки и спасательные колокола.

Мини-субмарина может самостоятельно подплыть к затонувшей подводной лодке, пристыковаться со спасательным люком, создать воздухонепроницаемое уплотнение, чтобы люк можно было открыть и загрузить часть экипажа. Колокола обычно опускается с судна поддержки до подводной лодки, где происходит аналогичная операция.

Чтобы поднять подводную лодку, как правило, после того, как экипаж был извлечен, понтоны могут быть размещены вокруг субмарины и раздуты, чтобы выплыть на поверхность.

Есть и другие способы спасения экипажа. Важными факторами успеха спасательной операции являются глубина, очертание морского дна, течения вблизи лодки, положение субмарины, море и погодные условия на поверхности.

Источник

Как давление давит на подводную лодку

Что происходит с подводными лодками при погружении на максимальную глубину? Рассказывает моряк-подводник!

Многие знают, что подводные лодки были разработаны для того, чтобы вести работу непосредственно под водой на различных глубинах. Современные российские подлодки погружаются в среднем на 400-500 м., это их рабочая глубина, на которой они могут находится без вреда для экипажа и технической части самой подлодки.

Есть и такие субмарины в составе нашего флота у которых рабочая глубина всего 200-250 м., а есть у которых по 600-650 м., в основном это атомные подлодки. Глубина погружения играет довольно важную роль в жизни подлодки, так как чем глубже находится ПЛ, тем безопаснее она может себя чувствовать. На большой глубине ее не способны обнаружить даже современные устройства.

Но, кроме рабочей глубины погружения, существует еще одна — предельная. Само слово говорит за себя, это максимальная глубина на которую может погрузиться подводная лодка. На такой глубине давление воды становится очень высоким, уже при преодолении рабочей глубины начинается постепенное разрушение корпуса подлодки и деформация некоторых частей, а соответственно и у экипажа ухудшается самочувствие.

При достижении предельной глубины могут произойти необратимые последствия. Так же напомню, что рекорд по глубине погружения, поставлен нашей советской подлодкой К-278 «Комсомолец», которая погрузилась на 1027 м. в 1985 г. Она преодолела свою рабочую глубину в 1000 м. и по некоторым данным экипаж слышал скрежет металла, но все обошлось и АПЛ поднялась на поверхность установив мировой рекорд.

Спасибо за прочтение! Ставьте лайк и подписывайтесь на канал!

Источник

Давление под водой

Вычислив максимальную высоту водяного столба, Торричелли ответил также на вопрос, который, возможно, задавали себе и вы. Думаю, многие из вас хоть раз в жизни пробовали заниматься подводным плаванием с трубкой и ластами. Обычно такая трубка не более 30 сантиметров длиной, а вам, я уверен, очень хотелось, чтобы она была гораздо длиннее, и тогда вы могли бы нырять поглубже. А как вы думаете, как глубоко можно погрузиться под воду, дыша через трубку и не опасаясь при этом захлебнуться?

Мне очень нравится отвечать на этот вопрос прямо в учебной аудитории с помощью устройства под названием манометр (это неотъемлемая часть любого лабораторного оборудования). Прибор очень прост, его легко можно смастерить дома; чуть позже я его опишу. Итак, мне надо выяснить, насколько глубоко я могу опуститься ниже поверхности воды и при этом продолжать вдыхать воздух в легкие. Чтобы это определить, мы должны измерить гидростатическое давление воды на мою грудь, которое усиливается по мере погружения.

Окружающее нас давление, которое, как вы помните, одинаково на одинаковых уровнях, представляет собой сумму атмосферного и гидростатического давления. Плавая под поверхностью воды, я дышу воздухом, поступающим снаружи. Его давление равно одной атмосфере. Следовательно, когда я набираю воздух в легкие через трубку, его давление в легких становится таким же: одна атмосфера. Но давление, действующее на мою грудь, представляет собой сумму атмосферного и гидростатического давления. Так что теперь давление на мою грудь выше, чем давление внутри легких; эта разница равна гидростатическому давлению. Она не приводит ни к каким проблемам с выдохом, но при вдохе мне необходимо расширить грудь. И если гидростатическое давление слишком высоко из-за моего чересчур глубокого погружения, мне просто не хватит мышечной силы, чтобы преодолеть разницу давлений, и я не смогу сделать очередной вдох. Вот почему, если я хочу нырнуть глубже, мне нужно дышать сжатым воздухом — чтобы преодолеть гидростатическое давление. Однако долго дышать сильно сжатым воздухом вредно — причина, по которой количество времени для глубоких погружений строго ограничено.

Но вернемся к подводному плаванию с трубкой и ластами — насколько же глубоко можно плавать под водой с таким оснащением? Чтобы это выяснить, я устанавливаю манометр на стене лекционного зала. Представьте себе прозрачную пластиковую трубку длиной около 4 метров. Я прикрепляю один ее конец высоко на стене слева, а второй правее, приладив трубку в форме U. Обе части получаются чуть меньше 2 метров в длину. Затем наливаю в трубку клюквенный сок, и он, естественно, устанавливается в каждой части U-видной трубки на одинаковом уровне. После этого я дую в правый конец трубки, толкая сок вверх в ее левой части. Расстояние по вертикали, на которое я могу протолкнуть сок вверх, расскажет мне, как глубоко я могу погрузиться под воду с трубкой. Почему? Потому что это четкий показатель того, насколько большое давление способны «выдать» мои легкие для преодоления гидростатического давления воды — клюквенный сок и вода при таком применении абсолютно эквивалентны, просто красный сок более нагляден.

Я наклоняюсь, делаю глубокий выдох, затем вдыхаю, заполнив легкие воздухом, и изо всех сил дую в правый конец трубки. Мои щеки чуть не лопаются, глаза вылезают из орбит, и сок в левой стороне U-образной трубки сантиметр за сантиметром ползет вверх — угадайте, на сколько? — аж на 50 сантиметров. Это все, на что я способен, да и удержать жидкость на этом уровне я могу не дольше нескольких секунд. Итак, я протолкнул сок на левой стороне трубки на 50 сантиметров, а это значит, что я также протолкнул его вниз на те же 50 сантиметров в правой части, то есть в целом переместил столб сока по вертикали приблизительно на 100 сантиметров, или на метр. Конечно, когда мы дышим через трубку под водой, мы втягиваем воздух, а не выдуваем его; а что если это намного легче? И я провожу второй эксперимент: на этот раз высасываю сок из трубки, опять же изо всех сил. Результат, однако, примерно такой же; сок на той стороне, с который я сосу, поднимается где-то на 50 сантиметров — и соответственно опускается на те же 50 сантиметров в другой части. А я опять в полном изнеможении.

По сути, это была точная имитация подводного плавания на глубине одного метра, что можно считать эквивалентом одной десятой части атмосферы. Моих студентов эта демонстрация обычно сильно удивляет; они думают, что у них, молодых, результат будет намного лучше, чем у пожилого профессора. И я предлагаю самому крупному и, по-видимому, сильному парню подойти и попробовать. Он очень старается — лицо багровеет, глаза выпучены, — но итог шокирует силача. Его легкие перемещают столб лишь на пару сантиметров дальше, чем мои.

Оказывается, это действительно почти верхний предел того, насколько глубоко мы можем погрузиться под воду и продолжать дышать через трубку — всего на какой-то жалкий метр. И то дышать на этом уровне человек сможет в течение нескольких секунд. Вот почему большинство трубок для подводного плавания намного короче метра, как правило, всего сантиметров двадцать-тридцать. Попробуйте поплавать с более длинной трубкой — сгодится любая — и посмотрите, что будет.

Вы можете задаться вопросом, какая сила воздействует на вашу грудь, когда вы погружаетесь в воду, чтобы немного поплавать с маской и ластами. При погружении на один метр гидростатическое давление составляет около одной десятой атмосферы, или, иными словами, одну десятую килограмма на квадратный сантиметр. Площадь человеческой груди — что-то около тысячи квадратных сантиметров. Таким образом, сила, прилагаемая к вашей груди, составляет около 1100 килограммов, а сила, воздействующая на внутреннюю стенку грудной клетки из-за давления воздуха в ваших легких, — около тысячи килограммов. Стало быть, разность давлений в одну десятую дает разницу в целых 100 килограммов! Когда смотришь на это с такой точки зрения, все выглядит намного серьезнее, не так ли? А если бы вы погрузились на 10 метров, гидростатическое давление равнялось бы одной атмосфере, то есть килограмму на квадратный сантиметр поверхности, и сила, воздействующая на вашу бедную грудь, стала бы почти на тысячу килограммов (одну тонну) больше, чем противодействующая сила, создаваемая одноатмосферным давлением в ваших легких.

Вот почему азиатские ловцы жемчуга — некоторые из них раз за разом ныряют на 30-метровую глубину — очень сильно рискуют жизнью. Они не могут использовать маску с трубкой, поэтому им приходится задерживать дыхание, а поскольку это можно сделать не более чем на несколько минут, работать приходится очень быстро.

Теперь вы можете по достоинству оценить, каким чудом инженерной мысли является подводная лодка. Представим себе подводную лодку, погруженную на 10 метров, и предположим, что давление воздуха внутри нее равно одной атмосфере. Гидростатическое давление (в данном случае разница между давлением внутри и снаружи лодки) составляет около 10 тысяч килограммов, то есть около 10 тонн, на квадратный метр, так что, как видите, даже очень маленькая подводная лодка должна быть крепкой, чтобы иметь возможность погружаться хотя бы на 10 метров.

Это делает поистине потрясающим достижение парня, который в начале XVII века изобрел подводную лодку, — Корнелиуса ван Дреббеля (тоже, как и я, голландца, чем я, должен признаться, весьма горжусь). Он мог опускаться на своем детище на глубину всего метров пять, но и в этом случае ему приходилось иметь дело с гидростатическим давлением в половину атмосферы, а ведь его лодка была построена из кожи и дерева! Согласно отчетам того времени ван Дреббель успешно маневрировал на одной из своих лодок на этой глубине во время испытаний на Темзе, в Англии. Рассказывают, что модель приводилась в движение шестью гребцами, могла перевозить шестнадцать пассажиров и оставаться под водой в течение нескольких часов. «Дыхательные трубки» над поверхностью воды удерживали специальные поплавки. Изобретатель хотел произвести впечатление на короля Якова I в надежде, что тот закажет несколько таких лодок для своего флота, но, увы, короля и его адмиралов изобретение не впечатлило и подводная лодка ван Дреббеля так никогда и не использовалась в военных действиях. Как секретное оружие, возможно, она действительно была не слишком перспективна, но с технической точки зрения она стала настоящим революционным изобретением.

То, как глубоко могут погружаться современные субмарины, — военная тайна, но принято считать, что они способны опускаться на глубину тысяча метров, где гидростатическое давление составляет около 100 атмосфер, то есть миллион килограммов (тысяча тонн) на квадратный метр. Неудивительно, что американские подлодки изготавливаются из высококачественной стали, а российские — из еще более прочного титана, потому могут погружаться еще глубже.

Продемонстрировать, что произойдет с подводной лодкой, если ее стенки окажутся недостаточно крепкими или если она погрузится слишком глубоко, легко. Для этого я подключаю вакуумный насос к банке из-под краски объемом в галлон и медленно выкачиваю из нее воздух. Разница давлений между воздухом снаружи и внутри не может превысить одну атмосферу (сравните с подводной лодкой!). Мы знаем, что банки для краски изготавливают из довольно крепкого материала, но прямо на наших глазах из-за разницы давлений банка сминается, словно алюминиевая жестянка из-под пива. Такое впечатление, будто невидимый великан схватил ее и сжал в кулаке. Многие из нас, в сущности, делали то же самое с пластиковой бутылкой из-под воды, высасывая из нее воздух, в результате чего она несколько сплющивалась. На интуитивном уровне вы можете подумать, что бутылка сминается из-за силы, с которой вы к ней присосались. Но на самом деле причина в том, что, когда я высасываю воздух из банки из-под краски или вы из пластиковой бутылки, давление наружного воздуха перестает испытывать достаточное противодействие внутреннего давления. Вот на что в любой момент готово давление нашей атмосферы. Буквально в любой момент.

Металлическая банка из-под краски, пластиковая бутылка на редкость банальные вещи, не так ли? Но если посмотреть на них глазами физика, можно увидеть нечто совершенно иное: баланс фантастически мощных сил. Наша жизнь была бы невозможна без таких балансов зачастую невидимых сил, возникающих вследствие атмосферного и гидростатического давления, и неумолимой силы тяготения. Эти силы настолько мощные, что даже незначительное нарушение их равновесия способно привести к настоящей катастрофе. Представляете, что будет в случае утечки воздуха через шов в фюзеляже самолета, летящего на высоте больше 7,5 километра (где атмосферное давление составляет всего около 0,25 атмосферы) со скоростью около 900 километров в час? Или если в крыше Балтиморского тоннеля, расположенного в 15-30 метрах ниже уровня реки Патапско, появится хотя бы тонюсенькая трещинка?

В следующий раз, идя по улице большого города, попробуйте думать как физик. Что вы на самом деле видите вокруг? Прежде всего результат яростных битв, бушующих внутри каждого здания, и я имею в виду отнюдь не войны в рамках офисной политики. По одну линию фронта находится сила земного притяжения, которая стремится притянуть всех и вся вниз — не только стены, полы и потолки, но и столы, кондиционеры, почтовые желоба, лифты, секретарей и исполнительных директоров и даже утренний кофе с круассанами. По другую действуют объединенные силы стали, кирпича и бетона и в конечном счете самой Земли, толкающие здания вверх.

Получается, что об архитектуре и строительстве можно думать как об искусстве борьбы с направленной вниз силой до ее полной остановки. Некоторые особенно воздушные небоскребы кажутся нам не подверженными воздействию гравитации. На самом деле ничего подобного — они просто перенесли битву на новую высоту в буквальном смысле слова. И если задуматься, вы поймете, что это лишь затишье перед бурей, которое носит временный характер. Строительные материалы подвержены коррозии, портятся и распадаются, а силы нашего природного мира вечны, безжалостны и неумолимы. И их победа — всего лишь вопрос времени.

Такая эквилибристика наиболее опасна в больших городах. Вспомним ужасную трагедию, произошедшую в Нью-Йорке в 2007 году, когда 83-летняя труба полуметровой ширины, проходящая под улицей, перестала сдерживать передаваемый по ней пар под высоким давлением, в результате чего возникший гейзер проделал в Лексингтон-авеню огромную дыру, куда провалился целый эвакуатор, и поднялся выше расположенного неподалеку 77-этажного небоскреба Крайслер-билдинг. Если бы столь потенциально разрушительные силы бо льшую часть времени не находились в состоянии сложнейшего баланса, никто из нас ни за что не согласился бы ходить по улицам мегаполисов.

И эти временные балансы в битве чрезвычайно мощных сил касаются не только творений рук человеческих. Возьмем, например, деревья. Спокойные, тихие, неподвижные, медленно растущие и безропотные, они используют десятки биологических стратегий для борьбы с силой тяготения и гидростатическим давлением. Какой же это подвиг — каждый год выпускать новые ветки, продолжать наращивать на стволе новые кольца, становясь еще крепче и сильнее, хотя при этом и земное притяжение, действующее на дерево, тоже усиливается. А еще дерево доносит соки до своих самых высоких ветвей. Разве не удивительно, что они вообще умудряются вырастать выше десяти метров? В моей соломинке вода смогла подняться только на 10 метров, так почему (и как) она поднимается в деревьях гораздо выше? Самые высокие секвойи достигают ста метров в высоту и все равно снабжают водой все верхние листья.

Вот почему я испытываю невероятное сожаление, видя большое дерево, сломанное бурей. Свирепым ветрам, а также льду и снегу, налипшему на его ветви, удается нарушить хрупкий баланс сил, которым это дерево до сих пор вполне успешно управляло. Думая об этом бесконечном сражении, я понимаю, что все больше ценю тот неимоверно далекий день, когда наши предки встали с четверенек на две ноги и начали укреплять свое положение в этом мире.

Источник